キーワード 上流護床工 洪水被害 多摩川宿河原堰 水路実験 交互砂州 水流蛇行
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水路実験による堰上流護床工の損壊現象についての検討
岩手大学 正会員 ○三輪 弌
（株）アルファ技研 高井 和彦
１．はじめに
取水堰において，堰下流の河床局所洗堀に対処するため，護床工が設置されることが多い１）が，堰の上流 側洗堀を防ぐため，上流側に設置されている堰もある．多摩川の宿河原堰では，平成
19
年9
月の9
号台風に よる出水２）で，Fig.1 にみられる通り，多量の上流護床工が流亡した．上流護床工で，これだけの大きな災害が 起きた事例はあまり知られていないので，水路実験によ って現象を再現し，発生要因とメカニズムを解析した．
２．実験水路の諸元と実験方法
実験は，Fig.2 にあるような蛇行水路を用い，流量
0.4L/s，0.6L/s，0.8L/s
の３通りで通水した．堰は，水路全長の上流から
2/3
付近の半波長区間で４個所に順次移 動させて配置した．護床工模型はTable 1
に記した５種 類とし，それぞれを堰の上流側に堰に並行において通水 し，護床工模型の流亡状況を調べた．３．実験経過
堰通水前，堰の上流側砂床は堰の天端高に合わせ，堰 下流は6mm下がりで平坦に敷き均して通水を開始する．
通水後，蛇行水路の凸岸側下流部に堆砂が発達し，凹岸 側下流河岸に沿って洗掘が始まり，交互砂洲形状が形成 される．堰のない状態で発達した当該蛇行半波長区間の 砂床形状は，
Fig.3
のようになり，横断測線13， 14
付近 の最も深い淵になり，広がりながら浅くなっていく．堰③においては，砂州形状が発達すると，護床工上流 砂床が掘れて上流端が浮き上がり，淵部から上方に向か う流れによって，めくれ上がるように
護床工が流亡する．流亡個所は，Fig.2 にみられるように，淵部で洪水主流が 通過する右岸側に限られ，左岸の寄洲 側では護床工は埋もれてしまう．
４．実験結果
護床工の種類と堰位置によって，
Table 2
のように護床工の流亡状況は異なる．堰の上流に沿って
2
列に敷き 並べた小タイルの結果をみると，堰①Fig.1 多摩川宿河原堰上流護床工の被災
（H.19年9月台風9号による．同年10月三輪撮影）
Fig.2 上流護床工の被災再現実験
（水路幅:20cm，全長:8m，蛇行半波長:86cm，蛇行角:24°，水路 谷勾配:1/70，流量:0.6L/s，砂:0.8mm平均粒径，1.49水中比重）
Fig.3 実験に用いた蛇行水路における砂床形状と堰の設置位置
（Fig.2 と同じ水路．ただし流量は0.8L/s）
土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)
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では
3
流量とも流亡しないのに対し，堰③ では，全流量で流亡し，0.8L/sの場合には9
個が流亡した．堰②，堰④は，その半分 以下であり，堰と砂州形状との位置関係が 結果に大きく影響している．他の護床工模型の実験結果も考慮する
と，
(1)直上流が淵になる堰③で流亡しやす
い．(2)流量が大きくなると流亡しやすい．
(3)護床工が大きく，重くなると流亡しにく
い．(4) ナットのように，重さと厚みのあ る護床工が最も流亡しにくい．といえる．５．結果の考察
堰③0.8L/sで右岸側壁寄りを中心に
9
個 の小タイルが流亡した状況がFig.4 であ
る．流亡は，Fig.5 のようにタイルの上流 側砂床が掘れ，下方からの流体力Fが働く ことによって浮き上がるか，上方へ回転す るかによって下流へ流れ去る．Fの大きさ は流速の2
乗に比例するので，流速が大き くなる右岸側で流亡する．上向きと下向き の力とモーメントの大小関係を概算して みると，小タイルでは多数流亡するのに，4
コ連結タイルやブリキ板で流亡数が少なくなり，ナット では流亡しないことが説明できる．６．宿河原堰における被災との対応関係
宿河原堰は，Fig.1 のように上流側で左岸側に寄洲／
右岸側に深掘れという河床形状であり，堰③にあたる位 置関係である．小タイルを配置した実験での流亡状況が，
現地での被災の様子とよく対応しているといえよう．
７．まとめと今後の課題
水路幅
20cm
という小型水路の実験であったが，堰上流 護床工の流亡メカニズムをうまく再現できた．今後は，実験蛇行水路における流速分布測定を試みて，さらに定 量的な検討を進めるとともに，使用した護床工模型と現 場ブロックとの力学的な相似関係についても考察を深め ていきたい．
［謝辞］京浜河川事務所の担当者の方々から貴重な資料と情報を提供 いただいた．H.21 年度三輪研究室専攻生には水路実験にあたってご
尽力いただいた．研究費用の一部は，科研費基盤研究（Ｃ）と奨学寄付金（日本工営）によった．以上，記して心よりお礼申し上げる．
［参考文献］１）高井・三輪（2010）堰下流河床洗堀の発生メカニズムと深掘れ軽減対策，水土の知（農業農村工学会誌）78-1，pp. 49-52 ２）国 土交通省関東地 方整備局京浜河川 事務所（2007～2009）：多摩川 「過去の水害 記録」 ，京浜河川事務 所ホームペー ジ，
http://www.ktr.mlit.go.jp/keihin/disaster/record/index.htm
Table 1 上流護床工模型の諸元一覧 護床工
諸元 小タイル ４コ連結
タイル ブリキ板 画鋲 ナット
縦横 (mm) 10×10 20×20 10.4×10.4 直径 10 10×10
厚み (mm) 4.3 4.3 0.1 1.0 2.5
比重 2.31 2.31 8.11 8.05 7.84
備考 2 列配置 1 列配置 1 列配置 2 列配置
中央に直径 6mm の円穴
2 列配置
Table 2 上流護床工のタイプ別流亡状況一覧
護床工タイプ
堰位置 流量 小タイル ４コ連結
タイル ブリキ板 金属
画鋲 ナット
①
0.4 L/s 0 ― ― ― ―
0.6 0 ― ― ― ―
0.8 0 ― ― ― ―
②
0.4 0 ― ― ― ―
0.6 2 （1） ― ― ―
0.8 4 1(1) ― ― ―
③
0.4 2 0 ― ― ―
0.6 6 1 ― ― ―
0.8 9 2 ― 7 0
④
0.4 0 0 0 0 ―
0.6 1 0 1 0 ―
0.8 4 2 3 4 ―
①から順次 22cm 間隔
で下流へ移して設置 注）ー：実施せず，(1)：位置が少しずれたもの
Fig.5 上流護床工に働く力とモーメントの概略
G：護床工模型重力，F：下面流体力，D：上流面流体力 Md：O軸回り下向きモーメント，Mu：O軸回り上向きモーメン
ト
Fig.4 上流護床工の流亡状況
（小タイルを配置した堰③，0.8L/sの実験）
土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)
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